Aruba를 포함한 모든 제조사는 AP의 안테나 포트단의 파워(출력)를 지정합니다. RF의 파워는 mW(밀리와트) 또는 dBm (밀리와트에 대한 데시벨) 단위로 측정할 수 있습니다. 0dBm은 1mW와 같습니다. dBm 값이 음수(마이너스)가 되면 밀리와트는 소수점으로 떨어집니다.
즉, mW(밀리와트)는 데이터를 선형으로 나타내고, dBm은 데이터를 로그함수(대수) 형태로 나타냅니다.
RF파워는 AP의 커버리지 영역의 크기, 신호가 이동하는 거리, 신호 품질 및 데이터 속도에 영향을 미칩니다.
mW(밀리와트) vs dBm
RF의 파워와 신호 강도, 측정과 관련해서는 몇 가지 개념이 존재합니다.
위에서 설명한 것과 같이 mW 또는 dBm 단위로 송신기의 출력 세기와 수신 신호의 강도를 측정할 수 있습니다.
이는 동일한 데이터를 측정하는 단위로, 같은 체중을 kg(킬로그램) 또는 lb(파운드)로 측정하는 것과 유사하다고 볼 수 있습니다.
RF의 파워는 로그함수이기 때문에 선형 방식으로 동작하지 않습니다. 예를 들어 AP에서 1m 떨어진 거리에서의 신호 강도가 X라고 한다면, 2m 떨어진 위치에서의 신호 강도는 절반이 아닌 1/4로 떨어집니다.
밀리와트를 사용하여 RF의 파워를 측정하기도 하지만 일반적으로는 dBm 단위를 사용합니다.
가까운 거리에서의 클라이언트 신호강도는 0.00001mW이고, 먼 거리에서는 신호 강도가 0.0000001mW라고 했을 때 이러한 숫자 개념은 판단하기 너무 어렵습니다.
따라서, 대안으로 mW 대신 dBm 단위로 측정하게 됩니다. 처음에는 다소 생소할 수 있지만, 사용하기 훨씬 쉽습니다.
RF 신호가 전송될 때 Free Space Path Loss(자유공간 경로 손실: 송신단과 수신단 사이에 거리로 인한 손실)로 인해 수신되는 신호의 양이 실제 전송된 양보다 훨씬 적습니다. mW(밀리와트)를 사용할 때 100mW부터 0.0000247mW 또는 그 이하의 범위의 값으로 작업하는 것은 매우 복잡하고 혼란스러울 수 있습니다.
이러한 이유 때문에 RF 통신을 더 쉽게 이해할 수 있도록 dBm 단위를 사용해야 합니다. 100mW에서 전송되는 신호는 20dBm과 같습니다. 0.0000247mW를 수신했다면 -46dBm과 같습니다. 0dBm은 1mW와 같습니다.
mW로 RF의 파워를 측정하면 로그 형태로 적용되기 때문에 숫자가 매우 빠르게 작아지고 관리하기 어렵게 됩니다. 따라서 dBm은 무선 에너지를 측정하는 척도이며, 숫자가 더 쉽고 사용하기 적절합니다.
mW와 dBm과의 상관관계
우리가 와이파이를 포함한 무선 관련 이슈를 다룰 때 dBm과 관련된 사항을 많이 보게 됩니다. 특히나 무선에 대한 품질이나 커버리지 등을 확인할 때 dBm의 값을 통해 트러블슈팅을 하게 됩니다.
따라서, mW와 dBm을 다루기 위해서 다음의 법칙을 이해하는 것이 중요합니다.
3dBm 증가하는 것은 파워가 두 배 증가하는 것과 같습니다. 10dBm 증가하는 것은 파워가 10배 증가하는 것과 같습니다. 이러한 규칙은 감소하는 경우에도 동일하게 적용됩니다.
예를 들어 한번 이해해볼까요? 각각 3dBm씩 줄어들 때는 파워가 50%씩 감소하는 것을 의미합니다.
0dBm = 1mW이기 때문에, 20dBm은 파워가 10배 x 10배 = 100mW입니다.
일반적으로 AP 전송 파워 설정할 때는 20dBm 또는 17dBm 설정이 있습니다. 20dBm = 100mW이기 때문에 17dbm이라면, 3dBm이 줄었기 때문에 100mW의 50%, 즉 50mW임을 알 수 있습니다.
또 다른 예시로, 14dBm으로 전송하도록 AP를 구성했다고 가정해볼까요?
옴니 안테나는 반구형의 패턴으로 무선 신호를 방사하기 때문에 큰 풍선 같은 모양에서 25mW의 파워가 고르게 퍼집니다. 클라이언트 단말은 AP 전력의 아주 작은 부분만 안테나에 도달한 신호만 수신하게 됩니다.
여기서 dBm 법칙이 아주 적합합니다. AP에 매우 가까운 단말은 -50dBm의 신호 강도를 표시하게 됩니다. 이는 0.00001mW와 같습니다. 이는 실제로 매우 우수한 신호 강도입니다. -60dBm 역시 여전히 매우 좋은 신호 상태입니다. –70dBm은 0.0000001mW로, 좋은 건 아니지만 여전히 사용은 가능합니다.
이렇게 10dBm이 떨어질 수록 전송 파워가 1/10으로 떨어지는 것을 확인할 수 있습니다.
일반적으로 AP의 커버리지 등 실사를 하기 위해서는 -67dBm을 목표로 잡습니다.
우선, 테스트 AP의 파워를 50%로 설정합니다. 그리고 실사를 위한 소프트웨어(RF Plan 등)를 사용하여 AP 신호에 대한 -67dBm 를 측정하여 윤곽을 평면도에 그립니다. 그런 다음엔, 각 -67dBm의 원이 다른 AP와 15~20% 겹치도록 AP를 배치합니다.
또 다른 주요 값은 -95dBm에서 -100dBm입니다. 이는 “Noise Floor”로 대부분의 환경에서 일반적인 백그라운드 노이즈로 나타냅니다.
신호 대 잡음비: Signal to Noise Ratio (SNR)
SNR(Signal to Noise Ratio)는 RF 환경의 백그라운드 노이즈와 비교한 무선랜(WLAN) 신호의 파워 측정 값입니다. 신호 품질을 평가하기 위해서는 SNR을 사용해야 합니다. 수신부는 WLAN 신호를 식별하기 위해서는 주변 RF 잡음(노이즈) 레벨보다 높은 세기로 수신해야 합니다.
많은 무선 클라이언트 단말은 무선 신호와 노이즈 레벨 사이에 10~20dB 차이가 필요합니다.
EIRP (유효복사전력)
EIRP는 읽는 책에 따라서 Effective Isotropic Radiated Power (유효 복사 전력) 또는 Equivalent Isotropic Radiated Power (등가 복사 전력)이라고 합니다. 두 가지 모두 EIRP는 안테나 시스템의 최대 출력을 의미합니다.
여기서 RF 송신기나 증폭기, 감쇠기, 안테나 이득(Gain) 모두 합치거나 뺀 값이 RF의 총 출력이 됩니다.
각 국가는 최대 EIRP에 대한 법적 제한을 설정합니다. 이 임계값을 초과하면 위법이 됩니다. 일반적으로 안테나가 내장된 Aruba AP의 경우에는 실내에 설치를 많이 하기 때문에 이 개념에 대해서 신경 쓰지 않습니다. 이미 제조업체에서 이러한 제품에 대해 합법적으로 최대 전력을 발생하고 있음을 확인하기 때문입니다.
하지만, 실외에 배포하거나, 특히 고이득(High Gain) 안테나를 사용하여 장거리 브릿지 샷을 수행할 때는 EIRP가 중요합니다.
위 그림과 같이 AP의 전송 출력을 20dBm 또는 100mW로 설정했다고 가정해보겠습니다.
관련 커넥터를 사용하여 AP에 케이블을 연결했을 때 약 -3dBm의 손실을 발생하여 신호가 안테나에 도달할 때까지 17dBm으로 감소합니다. 하지만, 안테나는 10dBi의 이득을 가지며 총 27dBi의 EIRP를 제공합니다.
미국에 경우에는 36dBm이 최대 한도이지만, 각 국가의 한도는 다릅니다.
한국의 경우, 외장 안테나에 대한 절대이득의 최대치에 대해 규정하고 있습니다.
무선랜(WLAN) 모빌리티
Basic Service Set(BSS, 기본 서비스 세트)는 AP와 AP의 커버리지 영역 내에 있는 모든 클라이언트를 포함합니다. BSSID로 알려진 무선 MAC주소는 이러한 BSS를 식별합니다. AP에 연결된 모든 WLAN 클라이언트는 BSS의 일부로 간주됩니다.
Extended Service Set (ESS, 확장 서비스 세트)는 같은 논리적 네트워크 이름과 연결된 모든 클라이언트를 포함합니다. SSID 또는 ESSID의 이름은 대소문자를 구분하며 클라이언트가 무선 네트워크(WLAN)을 식별합니다. AP는 비콘이나 프로브 프레임에서 BSSID와 SSID를 모두 공중으로 보냅니다.
SSID는 48비트 MAC주소로 구성됩니다. 이 MAC주소는 AP의 무선 라디오의 물리적 MAC주소에서 파생이 되며, BSSID가 됩니다.
어떤 AP가 2.4Ghz 라디오에 aa:aa:aa:aa:aa:a0의 MAC주소가 있고 AP는 “guest”라는 (E)SSID를 방사한다고 가정해보겠습니다. 해당 SSID에는 aa:aa:aa:aa:a1과 같은 BSSID가 할당될 수 있습니다. 그런 다음 동일한 라디오에서 두 번째 (E)SSID를 생성하면 aa:aa:aa:aa:a3 등의 BSSID가 할당될 수 있습니다.
다른 AP에서도 동일한 작업을 수행할 수 있습니다. 물론 해당 AP의 2.4Ghz 라디오는 bb:bb:bb:bb:bb:b0와 같이 다른 MAC주소가 있습니다. 따라서 생성한 첫 번째 (E)SSID에는 bb:bb:bb:bb:bb:b1의 BSSID가 할당되고, 두 번째 (E)SSID에는 bb:bb:bb:bb:bb:b3이 할당되게 됩니다.
그렇다면 무선 네트워크에서 왜 여러 개의 SSID가 필요할까요?
그 이유에는 여러 가지가 있습니다.
- 다양한 인증 유형 (예: 게스트 또는 외주계약자 vs 임직원)
– Captive Portal 방식의 웹 로그인
– Windows Active Directory의 802.1x 로그인 - 무선 라디오 유형별로 분리
– 2.4Ghz
– 5Ghz
이렇게 인증이나 라디오 유형에 따라 SSID를 분리하게 됩니다.
무선 단말의 이동성(모빌리티) – 로밍(Roaming)
무선으로 연결되는 단말들은 이동성을 갖고 있습니다. 대부분 한 자리에 고정해서 사용하기보다는 이동하면서 사용하는 경우가 많습니다. 우리의 스마트폰이나 태블릿PC, 노트북 모두 이동하면서 스트리밍 비디오를 감상하거나 작업을 하게 됩니다.
이렇게 단말이 이동하게 되면 기존에 연결되었던 하나의 액세스포인트의 연결을 끊고 다른 액세스포인트로의 연결을 시도합니다. 클라이언트 단말 자체는 동일한 SSID에 연결하지만 각 라디오에는 서로 다른 MAC주소와 고유한 BSSID가 있기 때문에 연결되는 BSSID가 달라지게 됩니다.
802.11 무선 클라이언트가 한 액세스 포인트에서 다른 액세스포인트로 이동하는 것을 로밍(Roaming)이라고 합니다.
이렇게 로밍할 때 동일한 논리적 WLAN 및 SSID를 유지하면서 네트워크에 대한 연결 포인트를 변경합니다.
컨트롤러는 클라이언트 인증, 세션 상태 정보 및 방화벽 세션을 유지 관리하면서 이 로밍을 지원하게 됩니다. 따라서 애플리케이션 단에서 끊김 없이 원활하게 로밍이 수행됩니다.
이번에는 아주 간단하게 무선 신호 출력에 대한 내용과 이를 계산하는 dBm을 알아봤습니다.
그리고 이 신호 출력에 의해서 무선 클라이언트가 어떻게 한 AP에서 다른 AP로 이동하는지에 대해서도 살펴보았습니다.
이제 무선 와이파이에 대한 기본적인 개념 설명을 마치고, 본격적으로 Aruba 무선에 대한 포트폴리오와 아키텍처에 대해 알아보겠습니다.
